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/ DESCRIÇÃO A construção histórica da Química como ciência moderna. Conceitos fundamentais sobre matéria e energia. Medidas e Sistema Internacional de Medidas (SI). PROPÓSITO Obter conhecimento sobre a evolução da Química como ciência, algo necessário para identificar sua influência na sociedade e nos avanços tecnológicos. PREPARAÇÃO Antes de iniciar a leitura do conteúdo, separe uma calculadora científica ou use a calculadora de seu smartphone/computador. / OBJETIVOS MÓDULO 1 Reconhecer os fundamentos conceituais sobre a história, evolução e influência da Química na sociedade MÓDULO 2 Reconhecer os fundamentos conceituais sobre matéria, energia e transformações da matéria MÓDULO 3 Identificar unidades de medida para conversão e realização de cálculos INTRODUÇÃO Observando a história da humanidade, vemos que o homem tem o poder de influenciar o meio em que vive, tanto para melhor como para pior. Isso se tornou possível devido ao interesse humano pelas obras da natureza e por suas leis. Conforme o conhecimento sobre a natureza crescia, a ciência foi se dividindo em especialidades, relacionadas entre si, tais como Biologia, Química e Física. A Química, especialidade que estudaremos aqui, trata da composição e das propriedades das substâncias e da interação entre elas para a geração de novos materiais. / A Química acompanha o desenvolvimento da humanidade desde a Antiguidade; exemplos disso são o domínio do fogo e a transformação de minérios para a produção de metais. A Química também contribui ativamente para o desenvolvimento tecnológico por meio da transformação de materiais. Entretanto, somente foi reconhecida como ciência entre os séculos XVII e XVIII, a partir do interesse de cientistas de diversas áreas em compreender melhor determinados fenômenos da natureza. Estudaremos, nesse tema, um pouco sobre a história da Química, incluindo conceitos, hipóteses e teorias que passaram a ser determinantes na resolução de fenômenos do cotidiano. Posteriormente, veremos os conceitos atuais sobre matéria, sua classificação e transformação. Também estudaremos o Sistema Internacional de Medidas e a análise dimensional. MÓDULO 1 Reconhecer os fundamentos conceituais sobre a história, evolução e influência da Química na sociedade FILÓSOFOS GREGOS A Química é a ciência que estuda as transformações da matéria. A intensidade com que a Química vem modificando a nossa civilização é evidente em muitas áreas. Não se sabe, ao certo, quando o homem observou ou realizou o primeiro fenômeno químico com entendimento do ocorrido. Porém, é provável que as primeiras transformações químicas realizadas pelo homem estejam associadas ao uso dos quatro elementos: / Fonte: Potapov Alexander / Shutterstock FOGO Fonte: Potapov Alexander / Shutterstock ÁGUA / Fonte: Potapov Alexander / Shutterstock AR Fonte: Potapov Alexander / Shutterstock TERRA Esses elementos compõem a Teoria dos Quatro Elementos, que, junto à Teoria do Atomismo, ligam os filósofos gregos antigos à constituição da matéria. Vamos conhecer um pouco sobre esses personagens que fizeram parte da evolução da Química e suas contribuições para a sociedade. TEORIA DO ATOMISMO / Os gregos Leucipo de Mileto (Nascido na primeira metade do século V a.C) e Demócrito de Abdera (460-370 a.C.) estão ligados ao atomismo. Leucipo acreditava que o Universo era infinito, formado por uma parte vazia, regida por razão e necessidade, e uma parte cheia, que representava a matéria na qual estariam localizadas as partículas fundamentais em movimento contínuo. Isso faz com que você se lembre de algo? Isso mesmo! Acredita-se que as partículas fundamentais citadas sejam os átomos. ÁTOMOS A palavra “átomo” vem do grego (a = não, tomo = divisão) e significa “algo que não pode ser cortado”. Fonte: Luca Giordano / Wikipedia Leucippus, Luca Giordano, 1653. javascript:void(0) / Fonte: Everett Collection / Shutterstock Democritus, Hendrick ter Brugghen, 1628. Demócrito, discípulo de Leucipo, acreditava que o cosmo era formado por inúmeros átomos de diferentes formas e tamanhos em movimento constante e que, por meio de interações e choques entre os átomos, ocorreria a formação de todas as coisas que conhecemos. Ele também afirmava que até a nossa alma seria constituída de matéria e que toda a matéria poderia ser dividida em partículas cada vez menores, até se obter uma partícula mínima que não podia ser mais dividida. TEORIA DOS QUATRO ELEMENTOS A Teoria dos Quatro Elementos está associada a Empédocles (495 a.C. - 430 a.C.) e Aristóteles (384 - 322 a.C.), que propõem que a matéria seria constituída por água, fogo, ar e terra. Ao contrário do atomismo, Aristóteles propôs que existia uma matéria-prima capaz de dar origem a todas as substâncias existentes. Essa matéria-prima seria formada pelos quatro elementos propostos por Empédocles. / ÁTOMOS A palavra “átomo” vem do grego (a = não, tomo = divisão) e significa “algo que não pode ser cortado”. Fonte: Thomas Stanley / Wikipedia Thomas Stanley, 1655. Cada elemento seria formado por duas de quatro qualidades: quente, frio, seco e úmido. O elemento ar, por exemplo, seria formado pelas qualidades quente e úmido, e o elemento água, pelas qualidades úmido e frio. Logo, poderíamos transformar o ar em água por meio da mudança de quente para frio. / Fonte: Peter Hermes Furian / Shutterstock Quatro elementos: fogo, ar, água e terra. TEORIA DO ATOMISMO X TEORIA DOS QUATRO ELEMENTOS Apesar de a Teoria do Atomismo proposta por Demócrito/Leucipo nos fazer lembrar do modelo atômico de Dalton, os conceitos de cosmo e matéria dos filósofos gregos não apresentam averiguação pelo método da ciência moderna. Porém, não podemos deixar de considerar que essas ideias coerentes, mas não científicas, de Aristóteles contribuíram para o desenvolvimento da ciência. Durante muitos séculos, foi impossível unir os trabalhos de artesãos com a explicação dos fenômenos pelos pensadores. Essa separação contribuiu para o lento progresso da ciência. Podemos exemplificar isso verificando que as ideias de Aristóteles não foram alteradas por aproximadamente dois mil anos. ALQUIMIA / Um período que ainda hoje é questionável quando se trata da evolução da Química é o que se refere à Alquimia, desenvolvida entre árabes e europeus do ano 500 a 1500 da era cristã. SERÁ QUE PODEMOS CONSIDERAR A ALQUIMIA UMA FASE DA QUÍMICA? Existem grupos de estudiosos que dizem que sim; outros não reconhecem a Alquimia como parte da ciência. Contudo, o que podemos afirmar é que existem aspectos que contribuíram para o desenvolvimento da Química. Nessa fase, os aspectos filosóficos ainda estavam fortemente presentes, pois a composição da matéria era discutida a partir de concepções filosóficas. Os alquimistas, estudiosos da Alquimia, tentavam encontrar a chamada “pedra filosofal” e o “elixir da longa vida (Poção que tornaria o ser humano imortal.) ”. Mesmo que não tenham conseguido alcançar as suas metas, eles desenvolveram algumas operações unitárias e vidrarias que ainda hoje são utilizadas, apesar de terem sofrido modificações. Por exemplo, a técnica de destilação e os fornos foram elaborados no período da Alquimia e contribuíram para o avanço do método experimental. PEDRA FILOSOFAL Peça particular de matéria que concentraria o espírito universal com capacidade de transformar qualquer metal em ouro. javascript:void(0) / Fonte: Morphart Creation / Shutterstock Alquimista, 1910. Fonte: Anônimo / Wikipedia Alquimista europeu Andreas Libavius. O alquimista europeu Andreas Libavius se destacou ao escrever o livro Alchemia (Alquimia.) . A obra foi um marco importante na evolução da Química. O autor descreveu aparelhos e / procedimentos de laboratório, metais, minerais e águas minerais. Também relatou procedimentos de preparo de substâncias médicas que, posteriormente, serviram de base para a latroquímica. LATROQUÍMICARamo da Química a serviço da Medicina. Atualmente, conhecemos como Química Medicinal. Os alquimistas aumentaram a lista dos elementos essenciais da matéria inserindo o enxofre e o mercúrio aos quatro elementos já citados (fogo, água, ar e terra), dando origem à Teoria “Enxofremercúrio”. A nova teoria dizia que toda matéria era composta por proporções diferentes de enxofre (Associado à combustão.) e mercúrio (Associado à metalicidade) . A partir dessa teoria, os alquimistas tentaram sintetizar vários metais. CIÊNCIA MODERNA Com o surgimento do método experimental, cientistas, e não mais filósofos ou alquimistas, buscaram racionalmente catalogar dados, derrubando, assim, os mitos da Alquimia. No século XVI, Paracelso (1493-1541) acrescentou um princípio, o sal, ao enxofre e ao mercúrio, o que durou até o surgimento da Química moderna. O sal proposto por Paracelso seria responsável pela estabilidade da matéria. Ele também contribuiu com a Latroquímica, com o aprimoramento das práticas medicinais, e a Farmacologia. Podemos dizer que surge, então, a indústria de medicamentos. Substâncias como o sal de cobre, sal de zinco e cobalto de bismuto também foram estudadas por Paracelso. javascript:void(0) / Fonte: Quentin Matsys / Wikipedia Retrato presumido do Doutor Paracelsus (1493-1541), uma das muitas cópias anônimas do século XVII. Foi no século XVIII, com o desenvolvimento da Física (primeira ciência moderna consagrada no século XVII), que a Química foi consagrada como ciência moderna. Filósofos envolvidos com o conhecimento da Física, como Francis Bacon (1561-1626) e René Descartes (1596-1650) tiveram papel importante nesse processo. / Fonte: Anônimo / Wikipedia FRANCIS BACON Propôs que, para se conhecer a natureza, era necessário observar os fatos, classificá-los e determinar suas causas. / Fonte: Frans Hals / Wikipedia RENÉ DESCARTES Propôs que os fenômenos fossem explicados a partir de três conceitos: extensão, figura e movimento. Não podemos deixar de citar alguns cientistas que empregavam procedimentos já voltados para a ciência moderna, experimentos controlados e raciocínio indutivo, mas sem abandonar o discurso alquimista. São eles: ROBERT BOYLE Robert Boyle (1627-1691) foi considerado por alguns como o “último alquimista” e, por outros, como o “pai da Química moderna”, sendo responsável pelos avanços nos estudos experimentais dos fenômenos químicos. Esse químico inglês escreveu o livro The Sceptical Chemist (“O químico cético” ou “O químico que não confia”.) , que criticou a Teoria dos Quatro Elementos e os Três Princípios de Paracelso. Além disso, inseriu os conceitos de mistura e composto e sugeriu que a matéria seria composta por corpúsculos de diferentes tipos e tamanhos, já se aproximando do conceito atual de átomos. Seu / trabalho mais conhecido foi denominado Lei de Boyle-Mariotte. Essa lei trata da relação entre a pressão e o volume de uma massa de gás a temperatura constante. GEORGE ERNEST STAHL O médico e químico George Ernest Stahl (1660-1734) propôs a primeira teoria sobre o fenômeno de combustão, que dizia que, ao ser efetuada a queima de uma substância, esta perdia flogisto (Material invisível liberado na queima de substância combustível.) na forma de luz e calor. Segundo a Teoria do Flogisto, toda substância combustível era formada por dois componentes, a cinza e o flogístico. Stahl estudou o aquecimento de metais ao ar (calcinação), por meio do qual era obtido a cal, que, nesse caso seria, o metal sem flogisto. Stahl não conseguiu explicar como a massa obtida da cal era maior do que a do metal de partida, e essa teoria foi desbancada com os estudos de Lavoisier. STEPHEN HALES O químico Stephen Hales (1677-1761) contribuiu para a elaboração de técnica para a coleta de gases usada por Lavoisier e outros cientistas. HENRY CAVENDISH Henry Cavendish (1731-1810), físico e químico, descobriu o gás hidrogênio e concluiu que a água era composta por hidrogênio e flogisto. JOSEPH PRIESTLEY O teólogo e filósofo Joseph Priestley (1733-1804) descobriu o oxigênio por meio do aquecimento do óxido de mercúrio. Priestley também sintetizou o ácido clorídrico, óxido nitroso, óxido nítrico e dióxido de enxofre. KARL WILHEM SCHEELE Karl Wilhem Scheele (1742-1786), químico e farmacêutico, descobriu o cloro, o manganês e o bário, porém não recebeu crédito por essas descobertas. INÚMEROS CIENTISTAS CONTRIBUÍRAM PARA A EVOLUÇÃO DA CIÊNCIA, MAS FORAM OS / TRABALHOS DE LAVOISIER QUE CONCRETIZARAM A QUÍMICA COMO CIÊNCIA MODERNA. O químico Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) propôs a Teoria da Combustão como a reação dos corpos com o oxigênio. Ele introduziu o uso da balança em seus experimentos, conseguiu pesar os materiais estudados antes e depois das reações químicas e observou que a massa permanecia constante. Os experimentos realizados por Lavoisier sobre combustão levaram-no a postular a Lei da Conservação da Massa, a primeira lei ponderal, que afirma: a soma das massas das substâncias reagentes é igual à soma das massas dos produtos da reação. Os resultados desses estudos levaram à publicação do livro Traite Elementaire de Chimie (Tratado de Química Elementar.) , finalizando, assim, a era da Teoria do Flogisto. Por esse feito, para muitos, Lavoisier é considerado o “pai da Química moderna”. Fonte: Autor/ Met Museum Recorte da obra Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) and Marie Anne Lavoisier (Marie Anne Pierrette Paulze, 1758-1836), Jacques Louis David, 1788. / Neste vídeo, a Professora Camille Chaves ressalta a contribuição de Antoine Laurent Lavoisier na consolidação da Química como ciência e por introduzir as leis ponderais. Podemos dizer que os cientistas aqui citados e muitos outros tiveram papéis importantes na evolução da Química como ciência moderna. Sem esses estudos, o mundo atual não teria materiais sintéticos, smartphones, computadores, produtos de higiene, cosméticos ou medicamentos simples, como a aspirina. O desenvolvimento da Química proporcionou o avanço do tratamento de doenças, da exploração espacial, dos maravilhosos equipamentos eletrônicos do cotidiano, de alimentos, medicamentos, diagnósticos, roupas, moradias, energia, transporte e comunicações. A Química trouxe qualidade e conforto para a sociedade. / VERIFICANDO O APRENDIZADO 1. ATUALMENTE, É SABIDO QUE A MATÉRIA É COMPOSTA POR ÁTOMOS. PORÉM, OS FILÓSOFOS GREGOS ACREDITAVAM QUE A MATÉRIA ERA FORMADA POR QUATRO ELEMENTOS (FOGO, AR, ÁGUA E TERRA). O FILÓSOFO GREGO QUE CITOU O NOME “ÁTOMO” PELA PRIMEIRA VEZ FOI: A) Lavoisier. B) Leucipo. C) Paracelso. D) Boyle. E) Libavius. 2. (FUNRIO – 2016 – IF-PA) O CIENTISTA FRANCÊS ANTOINE LAVOISIER, QUE VIVEU NO SÉCULO XVII, É O AUTOR DE UMA DAS MAIS IMPORTANTES LEIS RELATIVAS ÀS REAÇÕES QUÍMICAS, A CHAMADA “LEI DE CONSERVAÇÃO DAS MASSAS”. COM RELAÇÃO A ESSA LEI, PODEMOS AFIRMAR: A) Em uma reação química, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos. B) Em uma reação química, a massa dos produtos é sempre a metade da massa dos reagentes. C) Em uma reação química, a soma das massas dos produtos é sempre inversamente proporcional à soma das massas dos reagentes. D) Em uma reação química, não existe relação entre as massas dos reagentes e dos produtos. E) Em uma reação química, as massas dos produtos são sempre o dobro das massas dos reagentes. GABARITO / 1. Atualmente, é sabido que a matéria é composta por átomos. Porém, os filósofos gregos acreditavam que a matéria era formada por quatro elementos (fogo, ar, água e terra). O filósofo grego que citou o nome “átomo” pela primeira vez foi: A alternativa "B " está correta. Leucito acreditava que o universo era infinito, formado por uma parte vazia, regida pela razão e necessidade, e uma parte cheia, que representava a matéria, na qual estariam localizadas as partículas fundamentais em movimento contínuo. Acredita-se que as partículas fundamentais citadas sejam osátomos. 2. (FUNRIO – 2016 – IF-PA) O cientista francês Antoine Lavoisier, que viveu no século XVII, é o autor de uma das mais importantes leis relativas às reações químicas, a chamada “Lei de Conservação das Massas”. Com relação a essa lei, podemos afirmar: A alternativa "A " está correta. Lei de Conservação das Massas: a soma das massas das substâncias reagentes é igual à soma das massas dos produtos da reação. MÓDULO 2 Reconhecer os fundamentos conceituais sobre matéria, energia e transformações da matéria MATÉRIA A Química é uma ciência que tem importante impacto no nosso dia a dia. Vimos que seu desenvolvimento proporcionou avanços em áreas distintas, como saúde, tecnologia, comunicação, indústria de alimentos, entres outras. Todas as coisas ao seu redor que você pode observar e tocar, neste momento, só se tornaram possíveis por meio da evolução da Química como ciência, e todas / elas têm algo em comum. Consegue imaginar? Sim! Elas são compostas de matéria. Agora, vamos estudar o conceito de matéria. Definir o conceito de matéria não foi uma tarefa fácil, pois a palavra vem do latim materia e tem diversos significados. Muitos autores renomados utilizam o seguinte conceito: MATÉRIA É QUALQUER COISA QUE OCUPA LUGAR NO ESPAÇO E POSSUI MASSA. Ao utilizarmos o termo “massa”, devemos tomar cuidado para não confundi-lo com a ideia de peso. Entenda a diferença: Massa A massa de um corpo é uma medida da sua resistência a uma mudança de velocidade. Peso O peso refere-se à força com que o objeto é atraído pela Terra. São exemplos de matéria: água, areia, vidro, plástico e madeira. A matéria pode se apresentar na forma de corpo ou objeto. O ar é um exemplo de matéria dificilmente percebida; tem massa e ocupa um lugar no espaço, embora não seja visto. O corpo corresponde à parte limitada da matéria. Não apresenta forma, tamanho nem quantidade de matéria específica. Exemplo: pedaço de prata e um bloco de madeira. Já o objeto corresponde à parte do corpo que apresenta especificidade, aplicabilidade, ou seja, sua utilização tem um objetivo. Exemplo: anel e lápis. / Fonte: Krasula / Shutterstock MATÉRIA Fonte: Gorlov-KV / Shutterstock / CORPO Fonte: ang intaravichian / Shutterstock OBJETO Diferença entre matéria, corpo e objeto. CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA A matéria pode ser classificada de duas maneiras: DE ACORDO COM SEU ESTADO FÍSICO Gás, líquido ou sólido. / DE ACORDO COM A SUA COMPOSIÇÃO Elemento, composto e mistura. Vejamos a classificação da matéria quanto ao estado físico: ESTADO GASOSO Também conhecido como vapor. Não tem forma definida nem volume. Assume a forma e o volume do recipiente que o contém. Um gás pode sofrer expansão para ocupar um volume maior ou ser comprimido para ocupar um volume menor. Análise em nível molecular: as moléculas se encontram muito distantes umas das outras e movem- se com velocidades muito altas, colidindo entre si e contra as paredes dos recipientes. ESTADO LÍQUIDO Tem volume definido, independentemente do recipiente em que esteja armazenado, mas não tem forma definida; assume o formato do recipiente que o contém. Análise em nível molecular: as moléculas se encontram mais empacotadas, mas ainda se movem rapidamente, permitindo desviar-se umas das outras. Dessa forma, podemos verter os líquidos com facilidade. ESTADO SÓLIDO Tem tanto a forma como o volume definidos; é rígido. Análise em nível molecular: as moléculas encontram-se presas entre si, geralmente com arranjos definidos, nos quais elas podem apenas oscilar superficialmente em suas posições fixas. Agora, vamos observar a classificação segundo a sua composição. Essa classificação é importante na Química, pois trabalhamos com elementos, compostos e misturas no laboratório ou na indústria para formar produtos com aplicabilidade; daí a importância de entender e distinguir uns dos outros. A matéria é formada por um conjunto de átomos, que chamamos de elemento químico. Os elementos químicos são as formas mais simples de matéria com as quais lidamos diretamente no laboratório. São alicerces de todas as substâncias mais complexas com as quais podemos trabalhar, desde o cloreto de sódio (Composto pelo elemento sódio e o elemento cloro, NaCl.) até as proteínas de formas mais complexas. Atualmente, temos tabelados 118 elementos, e apenas um número pequeno tem interesse real para nós. / Fonte: Egorov Artem / Shutterstock Os elementos se combinam para formar os compostos. Um composto (ou substância química) caracteriza-se por ter seus elementos constituintes sempre presentes nas mesmas proporções. EXEMPLO Por exemplo, o ácido sulfídrico (H2S) é composto por dois átomos de hidrogênio e um átomo de enxofre. Todas as amostras de ácido sulfídrico puro contêm esses dois elementos nas proporções de uma parte em peso de hidrogênio para 16 partes de enxofre, ou seja, 1,0 g de hidrogênio para 1,6 g de enxofre. Para formar esse ácido, o hidrogênio e o enxofre reagem sempre na mesma proporção. Os elementos também podem originar, além das moléculas, os compostos iônicos. Os agregados iônicos são formados especificamente por íons, que são espécies químicas carregadas eletronicamente, mantendo-se unidos por meio da atração elétrica. Como os compostos podem ser moleculares ou iônicos, concluímos que toda matéria é formada por átomos e íons. As misturas apresentam uma composição variável de duas ou mais substâncias puras. As substâncias puras podem ser classificadas como: / Fonte: Alchemist-hp / Wikipedia SIMPLES A substância simples é formada por um único elemento químico. Exemplos: gás hidrogênio (H2); ferro (Fe) e gás ozônio (O3). Fonte: Cozine / Shutterstock / COMPOSTAS A substância composta é formada por dois ou mais elementos químicos. Exemplos: água (H2O), metano (CH4) e sacarose (C12H22O11). Também podemos classificar as misturas como: Fonte: MeKaDesign / Shutterstock HETEROGÊNEAS Uma mistura é dita heterogênea quando não é uniforme. Ao tomarmos uma porção da mistura, verificamos que ela tem propriedades distintas de outra porção analisada. Por exemplo, uma mistura contendo água e óleo. / Fonte: MeKaDesign / Shutterstock HOMOGÊNEAS Uma mistura homogênea é denominada solução e tem propriedades uniformes em seu todo. Ao tomarmos uma porção dessa solução, podemos verificar que ela tem a mesma propriedade (composição) de qualquer outra porção do todo. Por exemplo, uma mistura de etanol (C2H5OH) e água (H2O). PROPRIEDADES DA MATÉRIA Toda substância tem um conjunto único de características que nos permitem reconhecê-la e distingui- la entre outras substâncias. Esse conjunto de características é chamado de propriedades, que podem ser classificadas como: PROPRIEDADES GERAIS PROPRIEDADES FUNCIONAIS / PROPRIEDADES ORGANOLÉPTICAS PROPRIEDADES FÍSICAS PROPRIEDADES QUÍMICAS PROPRIEDADES GERAIS As propriedades gerais são inerentes a qualquer tipo de matéria. São elas: massa, extensão, inércia, volume, elasticidade impenetrabilidade, porosidade, divisibilidade e compressibilidade. PROPRIEDADES FUNCIONAIS As propriedades funcionais são aquelas comuns a determinados grupos de substâncias, como, por exemplo, ácidos, bases, óxidos e sais. PROPRIEDADES ORGANOLÉPTICAS As propriedades organolépticas são aquelas que podem ser observadas pelos sentidos (cor, sabor, odor, brilho e estado de agregação). PROPRIEDADES FÍSICAS As propriedades físicas são aquelas que podem ser medidas sem alterar a composição das substâncias. São propriedades físicas: densidade, dureza, calor específico, condutibilidade, magnetismo, coeficiente de solubilidade, tenacidade, maleabilidade e ductilidade. PROPRIEDADES QUÍMICAS / As propriedades químicas descrevem como uma substância pode alterar ou reagir para formar outras. São propriedades químicas: combustão e oxidação. ENERGIA É a capacidade que os corpos têm de desenvolver uma força ou produzir um trabalho. Ç Â Atenção! Para visualizaçãocompleta da equação utilize a rolagem horizontal TRABALHO Neste contexto, podemos pensar na definição de trabalho da Física. Segundo a Física, o trabalho está relacionado à força aplicada a um objeto que resulta no início do seu movimento. Quanto maior a energia de um objeto, maior será a capacidade de realizar trabalho. A unidade SI de energia é o joule (J). Por meio da energia, seja pela absorção, seja pela liberação, a matéria pode sofrer modificação. A energia é essencial para o entendimento dos átomos e moléculas. A troca de energia que envolve uma reação química pode ser da ordem de milhares de joules. Por isso, na Química, costumamos empregar a unidade em quilojoules (kJ). A energia pode ser dividida em: ENERGIA CINÉTICA A energia cinética corresponde à energia dada a um corpo por seu movimento. Essa energia pode ser calculada pela seguinte equação: javascript:void(0) / ENERGIA POTENCIAL A energia potencial é a energia de um objeto em função da sua posição em um campo de forças. Com relação à energia potencial, temos dois casos de interesse na Química. A energia potencial gravitacional, quando uma partícula se encontra em um campo gravitacional, e a energia potencial de Coulomb, para a partícula carregada em um campo eletromagnético. Podemos escrever a seguinte equação para um corpo de massa m que se encontra a uma altura h da superfície da Terra em relação à sua energia potencial na superfície. Exemplo: um atleta ficou impedido de efetuar seu treinamento devido ao fechamento das academias em decorrência da COVID-19. Para não ficar parado, ele resolveu praticar exercícios na escada de seu prédio, de sete andares. Cada andar do prédio é separado por 1,5 metros. Sabendo que o atleta tem massa de 73 kg, qual a variação de sua energia potencial ao subir cinco lances de escadas? Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal A energia de Coulomb corresponde à atração e repulsão entre cargas elétricas. Esse tipo de energia está relacionado a muitos estudos na área da Química, pois ela atrai os elétrons, núcleos atômicos e íons. Podemos expressar a energia potencial de Coulomb de uma partícula pela equação: Essa equação nos informa que a energia potencial de Coulomb se aproxima de zero quando a distância entre duas partículas (Q1 e Q2) tende ao infinito. Se as partículas têm a mesma carga, por exemplo, ambas negativas, Ep será positivo e a energia potencial aumentará; quando as cargas se aproximam, o r diminui. ENERGIA ELETROMAGNÉTICA / Denominamos de energia eletromagnética a energia que é transportada através do espaço pelas ondas de rádio, ondas de luz e raios X. Um campo eletromagnético é formado por um campo elétrico e um campo magnético oscilantes. O campo magnético somente afeta as partículas carregadas quando elas estão em movimento, e o campo elétrico afeta tanto as partículas em movimento como as paradas. EM RESUMO: ENERGIA CINÉTICA É resultado do movimento. ENERGIA POTENCIAL É resultado da posição. CAMPO ELETROMAGNÉTICO Transporta energia pelo espaço. A energia total de uma partícula é a soma da energia cinética com a energia potencial: De forma mais ampla, podemos dizer que a energia não pode ser criada ou destruída, porém pode ser transformada em outro tipo. Por exemplo, podemos transformar a energia elétrica em energia luminosa. Atualmente, a sociedade busca o uso de energia de fontes renováveis. As principais fontes de energia renovável existentes são: / Energia hidroelétrica Energia eólica / Energia solar Energia geotérmica / Energia de biomassa Energia de biogás TRANSFORMAÇÃO DA MATÉRIA / A transformação da matéria pode ocorrer por meio de qualquer processo (Conjunto de operações.) no qual as propriedades de qualquer material são modificadas. Essas mudanças podem ser classificadas em dois tipos, a saber: FÍSICAS Fenômenos físicos QUÍMICAS Fenômenos químicos Conheceremos cada tipo em detalhes a seguir. TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS Durante as transformações físicas, as substâncias apresentam modificação em sua aparência física, mas não em sua composição. EXEMPLO A transformação do gelo em água. Quando o gelo funde, ele passa do estado sólido para o líquido, mas ainda é composto de moléculas de água. COMO PODEMOS DIFERENCIAR, NA PRÁTICA, UMA SUBSTÂNCIA PURA DE UMA MISTURA? / Fonte: EnsineMe. Gráfico de mudança de fase de uma substância pura, água. Podemos efetuar a análise de seu comportamento quanto às mudanças de estado físico. Uma substância pura sofre mudança de fase (por exemplo, do estado sólido para o estado líquido ou gasoso) à temperatura constante. Fonte: EnsineMe. Gráfico de mudança de fase de uma mistura. Quando uma mistura sofre uma mudança de fase, isso ocorre dentro de uma faixa de temperatura. Esse comportamento possibilita determinar, na prática, quando se tem um composto puro ou uma / mistura. Fonte: EnsineMe. Gráfico de mudança de fase de uma mistura azeotrópica. Ainda podemos observar misturas com temperatura de ebulição constante e uma faixa de temperatura na fusão. Essas misturas são denominadas de azeotrópicas. Fonte: EnsineMe. Gráfico de mudança de fase de uma mistura eutética. / As misturas com temperatura de fusão constante e faixa de temperatura na ebulição são denominadas de eutéticas. É importante diferenciarmos a evaporação e a ebulição. A evaporação ocorre a qualquer temperatura, de forma espontânea, e a ebulição ocorre de forma “forçada”, em uma determinada temperatura. Por exemplo, a água pode evaporar a 33 ⁰C, no varal, mas entra em ebulição a 100 ⁰C. As mudanças de estado físico podem ser observadas na figura a seguir. Fonte: EnsineMe. Esquema de mudanças do estado físico. Outra diferença importante é a que existe entre os termos “vapor” e “gás”. O vapor corresponde a toda matéria no estado gasoso, quando existe um equilíbrio com o estado líquido correspondente, podendo, assim, ocorrer a liquefação pelo simples abaixamento da temperatura ou aumento da pressão. O gás corresponde a um fluido elástico, impossível de ser liquefeito só pelo aumento de pressão ou só pela diminuição da temperatura. TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS Nas transformações químicas, uma substância é transformada em outra com características totalmente diferentes. Exemplo: as explosões, a combustão do papel, a fotossíntese, a corrosão de um metal e a fermentação de bebidas. Neste caso, estamos tratando de reações químicas que podem ser representadas por equações químicas. As equações químicas, como uma igualdade matemática, têm dois membros: o primeiro membro, à esquerda, e o segundo membro, à direita, são separados por uma seta (→). No primeiro membro, colocamos os compostos que vão reagir entre si, recebendo o nome de reagentes. No / segundo membro, após a seta, colocamos os compostos formados, que chamamos de produtos. Por exemplo: combustão do etanol gerando gás carbônico e água. Fonte: EnsineMe. Reação de combustão completa do etanol. Neste vídeo, a Professora Camille Chaves ressalta a importância da transformação da matéria e evolução da ciência. / VERIFICANDO O APRENDIZADO 1. O AÇO INOX, O GELO-SECO E O DIAMANTE PODEM SER CLASSIFICADOS, RESPECTIVAMENTE, COMO: A) Substância simples, mistura e substância composta. B) Substância composta, substância simples e mistura. C) Substância composta, mistura e substância simples. D) Mistura, substância composta e substância simples. E) Mistura, substância simples e substância composta. 2. (UEFS – 2018) - CONSIDERANDO A MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO QUE OCORRE QUANDO UMA SUBSTÂNCIA SÓLIDA É AQUECIDA, INFORME VERDADEIRO (V) OU FALSO (F) PARA AS AFIRMATIVAS A SEGUIR E ASSINALE A ALTERNATIVA COM A SEQUÊNCIA CORRETA. ( ) A PASSAGEM DO ESTADO SÓLIDO PARA O ESTADO LÍQUIDO DENOMINA-SE LIQUEFAÇÃO. / ( ) DURANTE A FUSÃO, A TEMPERATURA É CONSTANTE. ( ) UMA SUBSTÂNCIA SÓLIDA NÃO TEM VOLUME DEFINIDO, ASSUMINDO O VOLUME E A FORMA DO RECIPIENTEEM QUE SE ENCONTRA. ( ) PODE OCORRER A MUDANÇA DIRETA DO ESTADO SÓLIDO PARA O ESTADO GASOSO. A) V – V – V – F B) V – F – F – V C) V – F – V – V D) F – F – V – V E) F – V – F – V GABARITO 1. O aço inox, o gelo-seco e o diamante podem ser classificados, respectivamente, como: A alternativa "D " está correta. O aço inox é uma liga metálica formada principalmente por aço, cromo e níquel; logo, é uma mistura. O gelo-seco é uma substância formada por carbono e oxigênio, popularmente conhecida como dióxido de carbono, portanto uma substância composta. O diamante é um cristal sob a forma alotrópica do carbono e, portanto, uma substância simples. 2. (UEFS – 2018) - Considerando a mudança de estado físico que ocorre quando uma substância sólida é aquecida, informe verdadeiro (V) ou falso (F) para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa com a sequência correta. ( ) A passagem do estado sólido para o estado líquido denomina-se liquefação. / ( ) Durante a fusão, a temperatura é constante. ( ) Uma substância sólida não tem volume definido, assumindo o volume e a forma do recipiente em que se encontra. ( ) Pode ocorrer a mudança direta do estado sólido para o estado gasoso. A alternativa "E " está correta. A passagem do estado sólido para o estado líquido é denominada de fusão. A temperatura é constante na fusão, liquefação, condensação e sublimação. As substâncias sólidas apresentam tanto a forma como o volume definidos. A mudança do estado sólido para o estado gasoso é denominada sublimação. MÓDULO 3 Identificar unidades de medida para conversão e realização de cálculos MEDIDAS Toda ciência progride observando e analisando medidas científicas. Com a Química, não é diferente. Os estudos são fundamentados pela leitura de números em algum instrumento e pela análise e interpretação posteriores desses valores. A precisão da medida dependerá, dentre muitos fatores, da limitação do número de dígitos que o instrumento pode expressar. Atualmente, podemos dizer que temos disponíveis no mercado instrumentos com elevada precisão. OS DÍGITOS OBTIDOS (NÚMEROS) COMO RESULTADO DE UMA MEDIDA SÃO DENOMINADOS / ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS. Ao escrevermos um número que representa o resultado de uma medida, devemos considerar que somente o último algarismo da direita seja impreciso ou considerar a precisão fornecida pelo fabricante do instrumento de medida ou aquela fornecida por método de calibração. EXEMPLO Ao efetuarmos a pesagem de uma moeda de dez centavos de real, da segunda geração, em uma balança analítica com capacidade de efetuar medidas próximas a 0,0001 g, poderemos informar, ao fim da análise, que sua massa é de 4,8019 ± 0,0001 g. A notação “mais ou menos” expressa a incerteza de nossa medida. Os algarismos significativos são importantes por indicar a precisão das medidas. Por exemplo, ao utilizarmos instrumentos de medidas diferentes para medir o comprimento de uma barra de alumínio, podemos intuir que o instrumento mais confiável será aquele que nos fornece o maior número de algarismos significativos. Porém, sabemos que a qualidade e a confiança das nossas pesquisas estão baseadas na qualidade dos dados obtidos; logo, na precisão e exatidão deles. MAS O QUE ESSES TERMOS SIGNIFICAM? PRECISÃO Refere-se à proximidade dos resultados em relação a outros obtidos exatamente da mesma forma. Geralmente, determinamos a precisão por meio da repetição da medida em réplicas, como, por exemplo, realizando a análise em triplicata. EXATIDÃO É a proximidade de um valor medido em relação ao valor verdadeiro ou aceito. A exatidão é expressa pelo erro absoluto, que corresponde à diferença entre o valor medido e o valor verdadeiro, conforme equação a seguir. / Fonte: EnsineMe. Existem casos em que o valor medido pode ser preciso, mas não exato. A próxima figura ilustra a diferença entre precisão e exatidão. Fonte: chemistrygod / Shutterstock Representação da exatidão e precisão por meio da distribuição de dardos. / ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS NOS CÁLCULOS Todos os dígitos de uma grandeza, incluindo os incertos, são denominados algarismos significativos. Por exemplo, a massa de 2,5 g de sacarose tem dois algarismos significativos, enquanto 2,5476 g de sacarose tem cinco algarismos significativos. QUANTO MAIOR O NÚMERO DE ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS, MENOR É A INCERTEZA NA MEDIDA. Os dígitos diferentes de zero sempre são algarismos significativos, mas o número zero pode ser ou não significativo, conforme as condições a seguir: Fonte: EnsineMe. Quando o zero estiver entre dígitos diferentes de zero, será sempre significativo. Por exemplo, em 2,005 g, temos quatro algarismos significativos. / Fonte: EnsineMe. Quando o zero estiver no início de um número, consideramos o algarismo não significativo. Por exemplo, em 0,002 g, temos apenas um algarismo significativo. Fonte: EnsineMe. Quando o zero estiver no fim de um número e após a vírgula, será considerado significativo. Por exemplo, em 0,0300 g , temos três algarismos significativos. / Agora, veremos como utilizar os algarismos significativos em operações matemáticas. Para isso, vamos considerar que a menor medida exata empregada em um cálculo limitará a certeza dos cálculos e a resposta dos nossos cálculos deverá ser dada com apenas um dígito de maior incerteza. Nas operações de multiplicação e divisão, vamos expressar os resultados com o mesmo número de algarismos significativos da medida com menor número de algarismos significativos. Por exemplo, vamos calcular a área de uma bancada de laboratório cujas medidas de comprimento dos lados são 3,356 m e 1,5 m. ÁREA = 3,356 (QUATRO ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS) X 1,4 (DOIS ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS) = 4,6984 = 4,7 M2 (DOIS ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS) ATENÇÃO Fique atento às regras de arredondamento! Nas operações de adição e subtração, o resultado expresso não pode ter mais casas decimais do que a medida com o menor número de casas decimais. Por exemplo, considere que vamos calcular a soma de 32,8 g e 2,68 g. SOMA = 32,8 (UMA CASA DECIMAL) + 2,68 (DUAS CASAS DECIMAIS) = 35,48 = 35,5 (UMA CASA DECIMAL) Segundo a norma ABNT NBR 5891, quando o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo a ser conservado for inferior a 5, o último algarismo deve ser conservado, sem modificação. Por exemplo, no caso de 1,2222, se arredondarmos a primeira casa decimal, teremos o valor de 1,2. Caso o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo a ser conservado seja igual ou superior a 5 e seguido de um algarismo diferente de zero, o último algarismo a ser conservado / deverá ser aumentado de uma unidade. Por exemplo, no caso de 1,77777, arredondando a primeira casa decimal, teremos o valor de 1,8. Se o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo a ser conservado for igual a 5 e seguido de zero, deveremos arredondar o algarismo a ser conservado para o algarismo par mais próximo. Por exemplo, no caso de 6,550, arredondando a primeira casa decimal, teremos o valor de 6,6. Porém, se o organismo a ser conservado for par, seguido de 5 e zero, o algarismo a ser conservado permanecerá sem modificação. Por exemplo, no caso de 2,650, arredondando a primeira casa decimal, teremos o valor de 2,6. UNIDADES DE MEDIDA Vimos, anteriormente, que podemos observar, na Química, os fenômenos físicos e químicos. Alguns fenômenos, como a cor da chama e a liberação de calor, são apenas observados e ditos qualitativos; outros fenômenos são compreendidos por informações quantitativas. As propriedades quantitativas estão associadas a números e, quando esses números representam determinada grandeza, sempre devem vir acompanhados de uma unidade. Para formalizar a comunicação científica e comercial entre os diversos países, foi criado, em 1960, o Sistema Internacional de Unidades, pela Conferência Geral de Pesos e Medidas, que estabeleceu padrões para as unidades de medidas das grandezas físicas.O quadro a seguir apresenta as unidades SI básicas. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES Grandeza Física Nome da Unidade Abreviatura da Unidade Massa Quilograma kg Comprimento Metro m javascript:void(0) / Tempo Segundo s Temperatura Kelvin K Quantidade da matéria Mol Mol Corrente elétrica Ampère A Intensidade luminosa Candela cd As sete unidades básicas do SI. Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal Todas as outras unidades que conhecemos são derivadas das unidades básicas por combinações apropriadas que dependem das dimensões da quantidade medida. Por exemplo, quando calculamos a área de uma bancada em um laboratório, multiplicamos o comprimento dos lados. A unidade de área corresponde ao produto das unidades do comprimento. No SI, a unidade para comprimento é o metro (m); logo, a unidade da área será: M X M = M2 O SI também estabeleceu prefixos que expressam frações decimais ou múltiplos de várias unidades. Os prefixos empregados com frequência na área da Química podem ser observados no quadro a seguir. Prefixo Abreviatura do prefixo Fator de multiplicação Exemplo Giga G 109 1 Gm = 1 x 109 m / Mega M 106 1 Mm = 1 x 106 m Quilo K 103 1 km = 1 x 103 m Deci d 10-1 1 dm = 0,1 m Centi c 10-2 1 cm = 0,01 m Mili m 10-3 1 mm = 0,001 m Micro μ 10-6 1 μ m = 1 x 10-6 m Nano n 10-9 1nm = 1 x 10-9 m Pico p 10-12 1 pm = 1 x 10-12 m Femto f 10-15 1 fm = 1 x 10-15 m Modificação das unidades do SI com prefixos. Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal A quantidade de prefixos do SI é ainda maior do que os dez mais utilizados na área de Química. Podemos observar, na figura a seguir, que a variação pode alcançar valores inferiores a 10-15 e superiores a 109. / Fonte: Ademar / Wikipedia Unidades de comprimento. Como exemplo, suponha que tenhamos de expressar a altura de um prédio de 13,5 metros em milímetros. Observando a escala, temos que 1 mm corresponde a 10-3 m. 1 MM ----- 10-3 M X ----- 13,5 X = 13500 MM = 13,5 X 103 MM Agora, vamos calcular o volume de 0,456 dm3 de uma amostra de ácido clorídrico em centímetros cúbicos. Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal GRANDEZAS FÍSICAS / MASSA Corresponde à grandeza relacionada à quantidade de material em um objeto; sua medida é feita por meio de uma balança. A unidade SI básica é o quilograma (kg), porém é muito comum medir usando seus submúltiplos – grama (g) e miligrama (mg). Fonte: phloxii / Shutterstock Balança analítica. TEMPERATURA É uma grandeza que está relacionada ao calor ou à frieza de um objeto. A medida da temperatura é efetuada por termômetros. A escala de temperatura normalmente adotada em estudos científicos é expressa em Celsius e Kelvin. A escala Celsius, apesar de não ser uma unidade SI básica, é empregada no dia a dia de muitos países. A escala Kelvin é a escala de temperatura presente no SI, e sua unidade é o Kelvin (K). As escalas celsius e Kelvin relacionam-se conforme a equação a seguir: / K = ⁰C + 273,15 O grau Fahrenheit (⁰F) foi proposto por Daniel Gabriel Fahrenheit, em 1724, e é uma escala utilizada em países de língua inglesa. Nos Estados Unidos, é utilizada no cotidiano, porém não é empregada em estudos científicos. Na escala Fahrenheit, a água congela a 32 ⁰F e ferve a 212 ⁰F. As escalas Celsius e Fahrenheit relacionam-se conforme a equação a seguir: ⁰ ⁰ A imagem a seguir mostra a relação entre as três escalas: Celsius, Kelvin e Fahrenheit. Fonte: ALXR / Shutterstock Escalas termométricas. VOLUME Corresponde ao espaço ocupado por um corpo. A medida do volume pode ser efetuada por pipetas, buretas e cilindros graduados ou provetas. A unidade básica no SI é o metro cúbico, m3. A unidade / cm3 e litro (L) são frequentemente usadas na Química. Existem 1.000 L em 1 m3, 1.000 mL em um litro e 1 mL em 1 cm3. Fonte: Autor/Shutterstock Medição de volume. DENSIDADE A densidade é a razão entre a massa e o volume de uma substância: A unidade no SI é o quilograma por metro cúbico (kg/m3), embora as unidades mais utilizadas sejam o grama por centímetro cúbico (g/cm3) e o grama por mililitro (g/mL). A densidade é uma grandeza física que depende da temperatura, pois os materiais sofrem contração ou dilatação de seu volume conforme a variação da temperatura. Ao relatarmos a densidade, devemos especificar a temperatura. Geralmente, analisamos e expressamos essa grandeza à temperatura ambiente. A densidade também é conhecida como massa específica, que é diferente de peso específico. O peso específico (γ) de uma substância corresponde à razão entre o peso (P = m x g; onde m = massa / e g = gravidade) e o volume (V) do corpo da substância. Diferentemente da densidade, o peso específico é expresso em Newton por metro cúbico. Também pode ser expresso em dina/m3 e kgf/m3. ANÁLISE DIMENSIONAL A análise dimensional é utilizada como apoio na resolução de problemas. Para realizar a análise dimensional, incluímos as unidades durante todo o cálculo. As unidades podem ser multiplicadas, divididas ou canceladas. Essa análise nos auxilia a ter certeza de que as soluções para os problemas produzirão as unidades corretas e a verificar possíveis erros nas resoluções. Aplicamos um fator de conversão, que é uma fração cujos numerador e denominador são as mesmas grandezas expressas em diferentes unidades. Por exemplo: queremos converter 3,5 m3 em mililitros. Para efetuar a transformação da unidade, montamos a seguinte análise. Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Se a unidade desejada não for obtida nos cálculos, significa que existe um erro em alguma etapa dos cálculos. Devemos verificar cuidadosamente os fatores de conversão aplicados. TEORIA NA PRÁTICA Um aluno deve calcular a densidade de uma peça de metal cuja massa é 110,23 g. Ele colocou o objeto dentro de um cilindro graduado com 20,45 mL de água. Ao fazer isso, o aluno observou que o nível da água subiu para 26,27 mL. / QUAL A DENSIDADE DO METAL EM QUILOGRAMA POR METRO CÚBICO? Fonte: udaix / Shutterstock Ensaio de densidade. RESOLUÇÃO Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal / Neste vídeo, a Professora Camille Chaves explica a análise dimensional por meio da resolução de exercícios. VERIFICANDO O APRENDIZADO 1. DADA A EQUAÇÃO A SEGUIR: (273,15 + 1,5)× 0,0824,35 X 8,005 / ATENÇÃO! PARA VISUALIZAÇÃO COMPLETA DA EQUAÇÃO UTILIZE A ROLAGEM HORIZONTAL QUANTOS ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS DEVEM SER ATRIBUÍDOS AO RESULTADO DESTE CÁLCULO? A) Um algarismo significativo. B) Dois algarismos significativos. C) Três algarismos significativos. D) Quatro algarismos significativos. E) Cinco algarismos significativos. 2. UM TÉCNICO DE LABORATÓRIO PREPAROU UMA SOLUÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO, PARA USO DE AJUSTE DE PH EM REAÇÕES, COM CONCENTRAÇÃO IGUAL A 0,02 MOL/L. QUAL A MASSA UTILIZADA NO PREPARO DE UMA SOLUÇÃO DE 250 ML? DADOS: NA = 23 G/MOL; O = 16G/MOL E H = 1 G/MOL. A) 0,02 mg. B) 0,20 mg. C) 2,00 mg. D) 20,00 mg. E) 200,00 mg. GABARITO 1. Dada a equação a seguir: (273,15 + 1,5)× 0,0824,35 X 8,005 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Quantos algarismos significativos devem ser atribuídos ao resultado deste cálculo? / A alternativa "B " está correta. (273,15 + 1,5)× 0,0824,35 X 8,005 = 409,7 X 0,08234,8 = 3334,8 = 0,95 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Ao efetuarmos a soma 273,15 + 1,5, consideraremos que o resultado expresso não pode ter mais casas decimais do que a medida com o menor número de casas decimais. Logo, 409,7. Após realizarmos a multiplicação do resultado da soma por 0,082, expressaremos o resultado com o mesmo número de algarismos significativos da medida com menor número de algarismos significativos. Então, teremos 409,7 x 0,082 =33. Atenção! Lembre-se das regras do zero! O denominador será 4,35 x 8,005 = 34,8. Por fim, realizaremos a divisão de 33/34,8 = 0,95. O resultado tem dois algarismos significativos. Nas operações de multiplicação e divisão, vamos expressar os resultados com o mesmo número de algarismos significativos da medida com menor número de algarismos significativos. Por exemplo, vamos calcular a área de uma bancada de laboratório cujas medidas de comprimento dos lados são 3,356 m e 1,5 m. Área = 3,356 (quatro algarismos significativos) x 1,4 (dois algarismos significativos) = 4,6984 = 4,7 m²(dois algarismos significativos). Observação: Fique atento às regras de arredondamento! Nas operações de adição e subtração, o resultado expresso não pode ter mais casas decimais do que a medida com o menor número de casas decimais. Por exemplo, vamos calcular a soma de 32,8g e 2,68g. Soma = 32,8 (uma casa decimal) + 2,68 (duas casas decimais) = 35,48 = 35,5 (uma casa decimal) 2. Um técnico de laboratório preparou uma solução de hidróxido de sódio, para uso de ajuste de pH em reações, com concentração igual a 0,02 mol/L. Qual a massa utilizada no preparo de uma solução de 250 mL? Dados: Na = 23 g/mol; O = 16g/mol e H = 1 g/mol. A alternativa "E " está correta. A concentração é de 0,02 mol em 1 L. Logo, podemos montar a seguinte regra de três. 0,02 mols ----- 1000 mL X ----- 250 mL / X = 0,005 mols Se a massa molar do NaOH é de 40 g/mol, podemos calcular a massa em 0,005 mols. 40 g ----- 1 mol Y ----- 0,005 mols Y = 0,2 g x (1000 mg/1 g) = 200 mg. CONCLUSÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS Visitamos os principais eventos históricos que culminaram no desenvolvimento da Química como ciência e em sua consagração como ciência moderna. Vimos que filósofos gregos e cientistas buscavam a definição de átomo, matéria e elemento químico. Após estudarmos como foi a busca sobre a definição de matéria pelos filósofos e cientistas, aprendemos que matéria é tudo aquilo que tem massa e ocupa um lugar no espaço. Vimos também que a matéria pode ser classificada segundo seu estado físico (sólido, líquido e gasoso) ou segundo sua composição (elemento, composto e mistura). Aprendemos a diferenciar uma substância pura de uma mistura por meio da análise da curva de aquecimento. Uma substância pura terá sempre as temperaturas de fusão e ebulição constantes. Finalmente, vimos o conceito de medida, a diferença entre exatidão e precisão. Uma análise pode ser exata e precisa, exata, mas não precisa, e vice-versa. Aprendemos a analisar os algarismos significativos e a efetuar a conversão das unidades por meio da análise dimensional. / REFERÊNCIAS BRADY, J. E.; HUMISTON, G. E. Química Geral. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1986. p. 12-19. cap. 1. BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química, a ciência central. 9. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. p. 2-38. cap. 1. OLIVEIRA, O. M. M. F.; JUNIOR, K. S.; SCHLUNZEN, E. T. M. Química. São Paulo: Cultura acadêmica – Universidade Estadual Paulista: Núcleo de Educação à Distância, 2013. p. 30. SKOOG, D. A; WEST. D. M; HOLLER, F. J.: CROUCH, S. R. Fundamentos de Química Analítica. 8. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2010. cap. 5. EXPLORE+ Veja como Bernard Vidal aborda o conceito de matéria na Pré-História e na Antiguidade no capítulo 1 do livro História da Química. Leia o artigo As possíveis origens da Química moderna (Química Nova, v. 16, n. 1, 1993) e conheça um pouco mais sobre a origem da Química como ciência. / CONTEUDISTA Layla Fernanda Alves Freire CURRÍCULO LATTES javascript:void(0); / DESCRIÇÃO Construção da ideia sobre os átomos e modelos atômicos. Conceitos sobre a distribuição eletrônica. Organização da tabela periódica e identificação das propriedades dos elementos. PROPÓSITO Obter conhecimento sobre a evolução da ideia atômica, modelos atômicos e sobre como diferenciar os elementos químicos de acordo com as suas características físico-químicas faz-se necessário para compreender as atividades cotidianas e as atividades industriais. PREPARAÇÃO Tenha à mão uma tabela periódica atualizada. OBJETIVOS / MÓDULO 1 Relacionar os fundamentos conceituais sobre estrutura atômica, modelo atômico atual e configuração eletrônica dos elementos MÓDULO 2 Identificar os fundamentos conceituais sobre configuração eletrônica dos elementos e organização periódica dos elementos MÓDULO 3 Reconhecer as propriedades periódicas dos elementos Fonte: Paulista / Shutterstock.com INTRODUÇÃO Ao longo da história, vimos que a Química, antes mesmo de ser estabelecida como ciência, já era aplicada na sociedade. Foram os filósofos gregos que estabeleceram um conceito inicial sobre o átomo, o que possibilitou as descobertas e invenções nos últimos séculos. Grupos de cientistas que seguiam e que questionavam a linha de pensamento dos filósofos iniciavam a busca pelo conhecimento da estrutura do átomo. A investigação por um conceito que explicasse a natureza do mundo em que vivemos caminhou para o estabelecimento dos quatros principais modelos atômicos: modelo de Dalton, modelo de Thomson, modelo de Rutherford e o modelo de Bohr. A evolução dos modelos atômicos estabeleceu o conceito de modelo atômico atual / que permite explicar desde as cores dos fogos de artificio até mecanismos de reações complexas envolvendo metais no nosso organismo. Estudaremos a evolução da teoria atômica até o estabelecimento do conceito do modelo atômico atual. Veremos como os estudiosos dos elementos químicos organizaram a mais concisa enciclopédia criada pelo ser humano, a tabela periódica. Também identificaremos como é possível observar as propriedades desses elementos apenas com a análise da tabela periódica. MÓDULO 1 Relacionar os fundamentos conceituais sobre estrutura atômica, modelo atômico atual e configuração eletrônica dos elementos CONCEITOS Fonte: Peter Gudella/Shutterstock.com Os antigos filósofos gregos acreditavam que a matéria era composta por quatro elementos: ar, fogo, água e terra. Posteriormente, definiram que a matéria era composta por partículas fundamentais denominadas de átomos. Estes correspondem ao ponto central da Química como ciência, pois todos os fenômenos químicos podem ser explicados em termos das suas propriedades. / Fonte: Henry Roscoe / Wikimedia Commons Em 1803, John Dalton (1766-1844) baseado na lei de conservação de massa e da composição definida, ressuscitou a ideia de átomo e, após muitas observações, estabeleceu os seguintes postulados: Toda a matéria é composta por átomos. Os átomos são indivisíveis e não podem ser criados e nem destruídos. Os elementos são caracterizados por seus átomos e estes são idênticos em todos os aspectos (átomos de diferentes elementos têm diferentes propriedades). As transformações químicas consistem em uma combinação, separação ou rearranjo de átomos. Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa. JOHN DALTON (1766-1844): Professor, químico, físico e meteorologista inglês. javascript:void(0) / Fonte: N.Vinoth Narasingam / Shutterstock.com Modelo atômico de Dalton, 1803. Dalton explicou de forma consistente porque a massa é conservada nas reações químicas. Ele observou que se as transformações químicas consistem em uma combinação, separação ou rearranjo de átomos. Assim, a massa total dos átomos dos reagentes deve ser a mesma que a dos átomos dos produtos. A lei da composição definida foi explicada pela observação de que os compostos químicos são formados por átomos de dois ou mais elementos em uma proporção, em massa, fixa e bem definida. COMENTÁRIO Apesar de ter sido um marco na sua época, os estudos de Dalton deixaram dúvidas em alguns pontos, como a distinção entre um átomo e uma molécula. No entanto, algumas de suas ideias são aceitas até hoje em dia. Estes fatos motivaram diversos cientistas ao estudo da matéria. Outra lacuna deixada por Dalton é que suas observações não evidenciavama natureza elétrica da matéria. Durante o século XIX, muitos ensaios foram realizados em ampolas de vidro contendo gases em diferentes pressões. O precursor desses experimentos foi o cientista inglês Michael Faraday. Estes estudos evidenciaram a existência de partículas menores do que o próprio átomo. Dessa forma, o átomo não era indivisível. Em 1874, G. J. Stoney propôs a existência de partículas de eletricidade, as quais chamou de elétrons. Outros cientistas estudavam simultaneamente sobre a natureza elétrica da matéria: HEINRICH GEISSLER / WILLIAN CROOKES EUGENE GOLDSTEIN JOSEPH JOHN THOMSON Os principais experimentos realizados foram denominados: Fonte: D-Kuru / Wikimedia Commons RAIOS CATÓDICOS Consistiam em tubos de vidro hermeticamente fechados que continham uma peça de metal (eletrodo) em cada uma de suas extremidades. Quando era aplicado alta voltagem a partir dos eletrodos e remoção do ar, observava-se a formação de uma descarga elétrica e iluminação. Ao colocar entre os eletrodos um anteparo recoberto com sulfeto de zinco florescente, o lado que estava voltado para o polo negativo (catodo) brilhava. Isso demonstrava que a descarga se originava no catodo e fluía para o polo positivo (anodo). Estudos posteriores mostraram que os raios catódicos: javascript:void(0) / Normalmente caminhavam em linha reta e delineavam sombras. Giravam um pequeno moinho colocado em seu caminho, sugerindo que eles são formados por partículas. Aqueciam uma folha metálica colocada entre os eletrodos. Poderiam ser curvados por um campo elétrico ou magnético. São sempre os mesmos, independentemente da natureza do material que compõe os eletrodos ou da espécie de gás residual do interior do tubo Fonte: Emre Terim / Shutterstock.com RAIOS CANAIS O experimento dos raios canais (ou raios anódicos) é muito semelhante ao dos raios catódicos. A diferença entre os experimentos é que, no caso dos raios canais, o cátodo possui alguns orifícios. Os raios canais são formados por partículas positivas geradas pela fragmentação das moléculas de gás que preenchem o tubo, ocasionada pelo impacto da descarga elétrica sobre elas. As partículas positivas, então, são atraídas pelo cátodo e, ao passarem através dos orifícios presentes nele, promovem uma radiação diferente daquela observada para os raios catódicos. Nesse experimento, pode-se observar também que a massa dessas partículas denominadas prótons era muito maior que a massa do elétron (1840 vezes maior). ILUMINAÇÃO / Fonte: NKTN / Wikimedia Commons Os letreiros luminosos são versões modernas dos tubos de descarga em gases nos quais o neônio ou outros gases são usados em vez do ar. Fonte: Wikimedia Commons Em 1897, os estudos publicados por J. J. Thomson, mostraram que as partículas em um raio catódico eram carregadas negativamente e possuíam massa. Este artigo ficou conhecido como a "descoberta" do que chamamos de elétron. Ele verificou que a natureza dos raios catódicos era a mesma independentemente da identidade do material do catodo, e que uma lâmina metálica que era exposta a raios catódicos adquiria carga elétrica negativa. / Thomson adaptou uma tela fluorescente a um tudo de raios catódicos de forma que conseguisse medir de maneira quantitativa a razão (e/mc ) entre a massa (mc ) e a carga de um elétron, (e) . Essas medidas permitiram calcular um valor de 1,76 x 108 C/g. Tal experimento permitiu que Robert Millikan, em 1909, efetuasse o cálculo da carga de um elétron em um experimento conhecido como "gota de óleo de Millikan". Fonte: Chemistrygod / Shutterstock.com Tubos de raios catódicos com campos magnéticos e elétricos utilizados por Thomson. Fonte: Udaix / Shutterstock.com Instrumento de Millikan. EXPERIÊNCIA DE GOTA DE ÓLEO DE MILLIKAN / Millikan vaporizou gotas de óleo entre duas placas metálicas carregadas opostamente. Ele observou em um microscópio que as gotículas caiam pelo ar sob a influência da gravidade. Diante desse fato, irradiou o espaço entre as duas placas com raios X que se chocaram com as moléculas do ar e refletiram elétrons de tais moléculas, sendo que alguns elétrons foram capturados pelas moléculas de óleo. Ao observar este fenômeno, ele carregou a placa superior positivamente e a placa inferior negativamente e, com ajuste de carga elétrica nas placas, conseguiu parar a queda de uma gota e determinou a carga de muitas gotas de óleo. Mais tarde, descobriu que cada gota era carregada por múltiplo inteiro de -1,6 x 10-19 C e concluiu que cada elétron precisava carregar a mesma carga. Com a razão carga/massa descoberta por Thomson, após calcular a carga do elétron, Millikan obteve a massa do elétron. É Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Até aquele momento já se sabia que os elétrons estavam presentes em toda a matéria, que são constituintes subatômicos e que são realmente idênticos. Em meio a todos os estudos, o físico alemão E. Goldstein foi capaz de provar que o raio canal consistia em partículas carregadas positivamente, não sendo todas semelhantes e com carga contraria ao elétron (+1,6 x 10-19 C). Além disso, a massa das partículas positivas não depende da identidade do gás do tubo de descarga, mas são muito maiores do que as dos elétrons. Fonte: N.Vinoth Narasingam / Shutterstock.com Modelo "pudim de ameixa" do átomo de Thomson, 1897. / Depois desses estudos, ficou evidente que os átomos consistiam em uma parte carregada positivamente e outra negativamente. Em 1898, Thomson argumentou que, se os elétrons compreendiam apenas uma pequena fração de massa de um átomo, eles seriam responsáveis por uma fração igualmente pequena do átomo e estariam distribuídos de forma uniforme sobre a superfície esférica carregada positivamente. Este modelo ficou conhecido como "pudim de ameixa" ou "pudim de passas". Estudos com urânio, em 1896, realizados por Henri Becquerel relataram a emissão de radiação de alta energia. Essa emissão de energia foi denominada de radioatividade. Posteriormente, Ernest Rutherford revelou a partir de seus estudos três tipos de radiação: radiação alfa (α), radiação beta (β) e raios gama (γ). Cada tipo de radiação difere um do outro no campo elétrico. Fonte: KVArt / Shutterstock.com Alfa As partículas alfa são carregadas positivamente com cargas +2 e massa atômica 4, 2α4. Essas partículas são idênticas aos núcleos de átomos de hélio e são atraídas para a placa negativa. javascript:void(0) / Fonte: KVArt / Shutterstock.com Beta As partículas beta são carregadas negativamente, idênticas aos elétrons, -1β0. Podem ser consideradas análogas radioativamente dos raios catódicos e, portanto, são atraídas para a placa positiva. Fonte: KVArt / Shutterstock.com Gama A radiação gama passa pelo campo elétrico sem sofrer desvio, portanto, não possui carga, 0γ0. javascript:void(0) javascript:void(0) / Fonte: Sergey Merkulov / Shutterstock.com Experimento sobre espalhamento de partículas alfa de Rutherford. Em 1910, Rutherford e seus colaboradores realizaram ensaios que contestavam os resultados obtidos por Thomson. Eles estavam estudando os desvios das partículas alfa, oriundas de uma amostra contendo polônio, que eram dispersas ao passarem por uma fina folha de ouro. Neste estudo, foi observado que a maioria das partículas passava sem sofrer quase nenhum desvio, que uma quantidade muito pequena de partículas sofria desvio superior a 90⁰ e um número mínimo de partículas voltava na direção da trajetória original. MODELO ATÔMICO NUCLEAR O experimento de Rutherford mostrou que a maioria da massa do átomo e sua carga positiva estava concentrada em uma região muito pequena e densa, que ele denominou de núcleo. O núcleo seria rodeado por uma região comparativamente maior com espaços vazios na qual estariam os elétrons em movimento de translação ao redor do núcleo e de rotação em relação ao seu próprio eixo. Esse experimento mostrou que a maioria daspartículas alfa / que passavam diretamente através da folha não encontrava o pequeno núcleo e passava pelos espaços vazio do átomo. As poucas partículas que encontravam o núcleo sofriam repulsão. O modelo de Rutherford ficou conhecido como sistema solar, com o núcleo ocupando o lugar do sol e os elétrons, dos planetas. Fonte: N.Vinoth Narasingam / Wikimedia Commons Modelo de Rutherford. Aproximadamente nove anos depois, Rutherford descobriu que as partículas positivas do núcleo eram os prótons e que existia evidência da presença de outra partícula com massa semelhante à massa dos prótons, mas sem carga elétrica. Essas partículas tinham a função de diminuir a repulsão entre os prótons, permitindo que o núcleo ficasse estável. Em 1923, os nêutrons foram descobertos pelo cientista James Chadwick. Vimos que alguns cientistas estudaram sobre a radiação eletromagnética. Tais estudos foram importantes para explicar a estrutura de um átomo. Agora, estudaremos as características da radiação eletromagnética que possibilitaram os estudos. A resposta que os cientistas buscavam em seus estudos era como os elétrons se arranjavam em volta do núcleo. A compreensão sobre a estrutura interna de objetos somente foi possível a partir do estudo da propriedade da luz que é emitida quando estes objetos são estimulados por calor ou por uma descarga elétrica. RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA / Fonte: Peter CS Stock / Shutterstock.com A luz é uma forma de radiação eletromagnética, que consiste em campos elétricos e magnéticos oscilantes com velocidade no vácuo de 3,00 x 108 m/s. Esta velocidade é denominada de velocidade da luz (c ). São exemplos de ondas eletromagnéticas: a luz visível, as ondas de rádio, as micro-ondas e os raios x. Todas transferem energia de uma região do espaço para outra. Fonte: VectorMine / Shutterstock.com Espectro eletromagnético. Ao encontrar um elétron, o campo elétrico de um feixe de luz o empurra em uma direção e na direção oposta periodicamente, ou seja, o campo oscila em direção e intensidade. O número de ciclos desta oscilação por segundo é chamado de frequência, ν. A unidade de frequência 1 hertz é definida como 1 ciclo por segundo (1Hz = 1 s-1). A onda eletromagnética se caracteriza pela amplitude e pelo comprimento de onda. / Fonte: VectorMine / Shutterstock.com Campo elétrico e a radiação eletromagnética. A amplitude corresponde à altura da onda em relação à linha central. A intensidade da radiação é o quadrado da amplitude. O comprimento de onda, (λ), é a distância entre dois mínimos sucessivos. Comprimentos de onda diferentes correspondem a diferentes regiões do espectro eletromagnético. Nossos olhos detectam a radiação eletromagnética de comprimento de onda entre 700 nm e 400 nm. O intervalo que podemos ver é chamado de luz visível, cuja cor é determinada pela frequência da luz. Ao se aproximar da sua velocidade real, a velocidade da luz, com o comprimento de onda muito pequeno, gera um número muito grande de oscilações a cada segundo. Caso o comprimento de onda seja grande, um número muito menor de oscilações chega ao ponto a cada segundo. Ê Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Fonte: Belozersky / Shutterstock.com Espectro visível. / Por exemplo, vamos calcular o comprimento de onda de uma luz azul com frequência de 5,9 x 1014Hz. Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal COMENTÁRIO A cor da luz dependerá da sua frequência ou comprimento de onda. Quanto maior o comprimento de onda, menor será a frequência e vice-versa. Quando passamos uma corrente elétrica em uma amostra de hidrogênio em baixa pressão ocorre a emissão de luz. Essa corrente elétrica quebra a molécula do gás hidrogênio, excitando os átomos de hidrogênio para energias mais altas. Ao retornar ao seu estado fundamental, esses átomos liberam a energia através da emissão de radiação eletromagnética. Se passamos a luz emitida pelos átomos excitados de hidrogênio em um prisma, verificamos um número discreto de componentes, ou seja, de linhas espectrais. / Fonte: Designua / Shutterstock.com Linhas espectrais do hidrogênio. A linha mais brilhante dos átomos excitados é a vermelha, em 656 nm. Ocorre também a emissão de radiação ultravioleta e infravermelha que não podem ser vistas a olho nu. O pioneiro no estudo das linhas espectrais foi o professor suíço Johann Balmer e, pouco tempo depois, o espectroscopista sueco Johannes Rydberg, que sugeriu que todos os comprimentos das linhas seguem a equação: Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal A forma moderna da expressão geral pode ser escrita em termos da frequência ν = c/λ como: Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Onde R corresponde a uma constante empírica, determinada experimentalmente, conhecida como constante de Rydberg. Seu valor é de 3,29 x 1015 Hz. / Em um átomo de hidrogênio, um elétron só pode existir com determinadas energias e a linha do espectro de emissão provém de uma transição entre duas das energias permitidas. A presença de linhas espectrais, com frequências determinadas, em um átomo sugere que a energia de um elétron de um átomo está restrita a uma série de valores discretos denominados de níveis de energia. ÁTOMOS: UM POUCO DA TEORIA QUÂNTICA Assista ao vídeo a seguir para saber mais sobre os átomos - teoria quântica. VERIFICANDO O APRENDIZADO / 1. (PETROBRAS, 2010). A CARACTERIZAÇÃO DOS ELÉTRONS COMO PARTE DA MATÉRIA SE DEU ATRAVÉS DOS TUBOS DE RAIOS CATÓDICOS, QUE CONSISTIAM EM UM TUBO SELADO COM UM GÁS E ELETRODOS METÁLICOS CONECTADOS AOS POLOS DE UMA FONTE. THOMSON É O MAIS FAMOSO CIENTISTA DENTRE OS QUE TRABALHARAM COM OS TUBOS DE RAIOS CATÓDICOS. SUA EXPERIÊNCIA BASEOU-SE NA INTERAÇÃO DOS RAIOS CATÓDICOS COM CAMPOS MAGNÉTICO E ELÉTRICO CONHECIDOS PARA DETERMINAR A RAZÃO CARGA/MASSA DESSAS PARTÍCULAS. ALÉM DOS RAIOS CATÓDICOS, TAMBÉM FORAM OBSERVADOS OS CHAMADOS RAIOS CANAIS, DE CARGA POSITIVA, QUE ERAM OS ÍONS DOS GASES PRESENTES NAS AMPOLAS. ANALISE AS AFIRMAÇÕES A SEGUIR SOBRE AS EXPERIÊNCIAS COM TUBOS DE RAIOS CATÓDICOS E RAIOS CANAIS. I - OS RAIOS CATÓDICOS SÃO ATRAÍDOS POR UMA CHAPA METÁLICA LIGADA AO POLO POSITIVO DE UMA BATERIA. II - A MUDANÇA DOS GASES NO INTERIOR DOS TUBOS NÃO AFETA A RAZÃO CARGA/MASSA DOS RAIOS CATÓDICOS. III - A RAZÃO CARGA/MASSA DOS RAIOS CANAIS É DEPENDENTE DO GÁS PRESENTE NO INTERIOR DAS AMPOLAS. IV - AO INVERTER A LIGAÇÃO DOS POLOS DA FONTE COM OS ELETRODOS DAS AMPOLAS, OS RAIOS CATÓDICOS SE TRANSFORMAM EM PRÓTONS. ESTÃO CORRETAS APENAS AS AFIRMATIVAS: A) I e IV. B) II e IV. C) II e III. D) I, II e III. E) I, III e IV. 2. (SES-PR, 2016) A CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA ESTÁ PRESENTE NO VOCABULÁRIO CIENTÍFICO DESDE A GRÉCIA ANTIGA, MAS SEM COMPROVAÇÃO CIENTÍFICA, APENAS FILOSÓFICA. COMO CONHECIMENTO CIENTÍFICO OS MODELOS ATÔMICOS FORAM FORMULADOS A PARTIR DE 1808 E À MEDIDA QUE NOVOS E MELHORES MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO FORAM SENDO DESENVOLVIDOS, EVOLUÍDOS. A SEGUIR, SÃO APRESENTADAS AS REPRESENTAÇÕES GRÁFICAS DE ALGUNS MODELOS ATÔMICOS: / FONTE: N.VINOTH NARASINGAM / SHUTTERSTOCK.COM JULGUE OS ITENS A SEGUIR: ( ) DALTON, FIGURA I, TOMOU COMO BASE PARA O DESENVOLVIMENTO DE SEU MODELO ATÔMICO ANÁLISES DE CONSERVAÇÃO E PROPORCIONALIDADE DA MASSA EM UMA REAÇÃO, ORIGINÁRIAS DE LAVOISIER E PROUST. ( ) O MODELO ATÔMICO DE THOMSON , FIGURA II, APRESENTA A IDEIA DE DESCONTINUIDADE PELA PRIMEIRA VEZ E APRESENTA A PRIMEIRA SUBPARTÍCULA ATÔMICA ENCONTRADA: O ELÉTRON. ( ) A FIGURA III REPRESENTA O MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD, DESTACANDO O SURGIMENTO DA IDEIA DE NÚCLEO POSITIVO, SEM OS NÊUTRONS QUE SÓ SERIAM DESCOBERTOS POR SOMMERFELD EM 1932. ( ) A FIGURA IV REPRESENTA O ÁTOMO DE CHADWICK, ORGANIZANDO OS NÍVEIS DE ENERGIA ELETRÔNICOS PELA PRIMEIRA VEZ. ASSINALE A ALTERNATIVA QUE CONTÉM A ANÁLISE CORRETA EM VERDADEIRO (V) E FALSO (F) PARA OSITENS APRESENTADOS. A) V, V, V, V. B) V, V, F, F. C) F, V, F, V. D) V, F, V, F. E) F, F, F, F. GABARITO 1. (Petrobras, 2010). A caracterização dos elétrons como parte da matéria se deu através dos tubos de raios catódicos, que consistiam em um tubo selado com um gás e eletrodos metálicos conectados aos polos de uma fonte. Thomson é o mais famoso cientista dentre os que trabalharam com os tubos de raios catódicos. Sua experiência baseou-se na interação dos raios catódicos com campos magnético e elétrico conhecidos para determinar a razão carga/massa dessas partículas. Além dos raios catódicos, também foram observados os chamados raios canais, de carga positiva, que eram os íons dos gases presentes nas ampolas. Analise as afirmações a seguir sobre as experiências com tubos de raios catódicos e raios canais. / I - Os raios catódicos são atraídos por uma chapa metálica ligada ao polo positivo de uma bateria. II - A mudança dos gases no interior dos tubos não afeta a razão carga/massa dos raios catódicos. III - A razão carga/massa dos raios canais é dependente do gás presente no interior das ampolas. IV - Ao inverter a ligação dos polos da fonte com os eletrodos das ampolas, os raios catódicos se transformam em prótons. Estão corretas APENAS as afirmativas: A alternativa "D " está correta. Somente a afirmativa IV está incorreta. Os raios canais revelaram as partículas positivas com massa muito superior à do elétron (1840 vezes maior). Experimentos realizados em ampolas de vidro contendo gases mantidos a baixa pressão. As partículas positivas descobertas nos ensaios com raios canais foram denominadas de prótons. 2. (SES-PR, 2016) A constituição da matéria está presente no vocabulário científico desde a Grécia antiga, mas sem comprovação científica, apenas filosófica. Como conhecimento científico os modelos atômicos foram formulados a partir de 1808 e à medida que novos e melhores métodos de investigação foram sendo desenvolvidos, evoluídos. A seguir, são apresentadas as representações gráficas de alguns modelos atômicos: Fonte: N.Vinoth Narasingam / Shutterstock.com Julgue os itens a seguir: ( ) Dalton, figura I, tomou como base para o desenvolvimento de seu modelo atômico análises de conservação e proporcionalidade da massa em uma reação, originárias de Lavoisier e Proust. ( ) O modelo atômico de Thomson , figura II, apresenta a ideia de descontinuidade pela primeira vez e apresenta a primeira subpartícula atômica encontrada: o elétron. ( ) A figura III representa o modelo atômico de Rutherford, destacando o surgimento da ideia de núcleo positivo, sem os nêutrons que só seriam descobertos por Sommerfeld em 1932. ( ) A figura IV representa o átomo de Chadwick, organizando os níveis de energia eletrônicos pela primeira vez. Assinale a alternativa que contém a análise correta em verdadeiro (V) e falso (F) para os itens apresentados. A alternativa "B " está correta. / A afirmativa III está errada pois foi o físico James Chadwick que descobriu o nêutron em 1932. E a afirmativa IV está errada pois a figura IV representa o átomo de Bohr. MÓDULO 2 Identificar os fundamentos conceituais sobre configuração eletrônica dos elementos e organização periódica dos elementos MODELO ATÔMICO ATUAL Fonte: Peter Rost9 / Shutterstock.com Os estudos realizados até os tempos de Rutherford nos mostraram a composição detalhada do núcleo do átomo. Ao longo das pesquisas, saímos de uma esfera maciça para um átomo composto por um pequeno núcleo e três partículas subatômicas, prótons, nêutrons e elétrons. O elétron possui carga -1, o próton +1 e o nêutron não possui carga, sendo eletricamente neutro. Os átomos possuem um número igual de elétrons e prótons, ou seja, possuem carga elétrica neutra. Como proposto por Rutherford, os prótons e nêutrons compõem o núcleo dos átomos. Os elétrons constituem o espaço de maior volume ao redor do núcleo. A massa do átomo é expressa por unidade de massa atômica (u), que corresponde a 1,66054 x 10-24 g. A massa dos prótons e nêutrons são praticamente iguais e maiores do que a / massa do elétron. A massa de um próton é igual a 1,0073 u, um nêutron tem massa igual a 1,0087 u e um elétron possui apenas 5,486 x 10-4 u. Por ser muito pequena, a soma das massas dos elétrons em um átomo é praticamente desprezível em comparação à massa dos prótons e nêutrons. Um átomo geralmente é identificado através de dois números inteiros: o número atômico (Z ) e o número de massa (A ). O número atômico é igual ao número de prótons no núcleo e o número de massa é o número total do núcleo (prótons + nêutron). A equação que relaciona o número atômico e o número de massa é: Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Um átomo é identificado pelo símbolo do elemento com número atômico e o número de massa, AXZ. Assim, para o átomo de carbono, temos: 12C6 Todos os átomos do carbono possuem o mesmo número atômico, pois todos têm o mesmo número de prótons no núcleo. O mesmo ocorre para os demais elementos existentes. Os átomos de um determinado elemento químico podem ter diferentes números de massa, isto é, podem apresentar diferentes números de nêutrons em seu núcleo. Esses átomos são denominados de isótopos. Por exemplo, temos os seguintes isótopos do carbono 12C6, 13C6 e 14C6. Cada um deles com seis prótons no núcleo. Porém, possuem seis, sete e oito nêutrons respectivamente. Vimos que a massa atômica é expressa em unidade atômica, u, que é definida como sendo exatamente um doze avos da massa de um átomo de carbono, 12C6, ou seja, o valor da massa do átomo de carbono é de 12 u e a massa de todos os outros átomos são expressas relativamente à massa deste átomo. Encontramos, na natureza, a maioria dos elementos como uma mistura de isótopos. As abundâncias dos isótopos de um elemento em uma amostra irão variar de acordo com a sua origem, mas essas variações são muito pequenas. O cálculo da massa atômica é determinado pela média ponderada. Por exemplo, encontramos na natureza 19,9% de átomos de 10B5 e 80,1% de átomos de 11B5. Consequentemente, a massa do boro é de 10,8 u. Atualmente, determinamos as massas e abundâncias isotópicas com a técnica de espectroscopia de massas. ESPECTROSCOPIA DE MASSAS javascript:void(0) / Instrumento de análise quantitativa descendente do dispositivo empregado por Thomson para determinar a relação carga/massa do elétron. Fonte: The American Institute of Physics / Wikimedia Commons Prosseguindo na evolução do modelo atômico, Niels Bohr interpretou a estabilidade atômica usando a teoria proposta por Max Planck, denominada quanta. Esta teoria relaciona a propagação de energia luminosa. Ao relacionar a teoria de Planck com os resultados obtidos pela observação dos átomos submetidos ao calor ou à eletricidade, Bohr propôs um modelo atômico revolucionário. Fonte: Sophielaliberte / Shutterstock.com Átomo de Bohr. / No modelo proposto por Bohr, os átomos possuem orbitas circulares ao elétron com determinadas energias. Um elétron localizado em uma dessas orbitas não pode perder ou ganhar energia espontaneamente e, por isso, dizemos que estão no estado estacionário. Quando há variações de energia, o elétron salta de uma orbita interna para uma mais externa. Neste caso, dizemos que o elétron atingiu o estado excitado. Com os níveis de energia mais baixos livres, o elétron pode sair do nível mais alto de energia (E2) para o nível mais baixo (E1). Quando isso ocorre, a energia liberada pelo átomo corresponde a E2 - E1, a diferença entre as duas energias do elétron. Segundo Bohr, a energia é liberada na forma de fóton de radiação eletromagnética. Logo: Ó Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Em 1926, Werner Heisenberg mostrou que não se pode determinar com exatidão a probabilidade de posição do elétron em um orbital. O princípio proposto afirma que é impossível determinar
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